Спосіб утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівників

1. Спосіб утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівників, який включає підвід та відвід газового палива та повітря спалення до газового та повітряного теплообмінників, які встановлені на димопроводах, що відходять від блока повітронагрівників, відвід відпрацьованих димових газів від повітряного теплообмінника та від газового теплообмінника, відвід газового палива від газового теплообмінника та повітря спалення від повітряного теплообмінника, підвід свіжих продуктів спалення з підтопки у димопровід, що йде між загальним лежаком та входом теплообмінників, а також має з'єднання входу диму до теплообмінників з його виходом, який відрізняється тим, що витрату димових газів через повітряний теплообмінник регулюють дросельним органом, встановленим на димопроводі за вказаним теплообмінником. 2. Спосіб утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівників за п. 1, який відрізняється тим, що змішування димових газів від підтопки починається у змішувальному димопроводі на відстані l ³ 6Д від входу у повітряний та газовий теплообмінники, де Д - еквівалентний внутрішній діаметр змішувального димопроводу, а змішування димових газів в змішувальному лежаку після повітронагрівників із свіжим димом підтопки досягається за рахунок подачі струменів свіжих димових газів під кутом a = 30-40° між віссю сопел та радіусами, проведеними з прокольної осі з'єднувального димопроводу у центри отворів сопел в місці входу їх в останній, так що усі проведені радіуси лежать в одній площині, яка утворює кут 90° з віссю з'єднувального димопроводу, що спо 2 (19) 1 3 Корисна модель стосується чорної металургії, зокрема способів утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівників, способів експлуатації пристроїв для утилізації теплоти димових газів, що відходять від доменних повітронагрівників. Відомий спосіб експлуатації пристрою для утилізації теплоти димових газів, що відходять від доменних повітронагрівників (див. Е.А. Ницкевич. Использование вторичных энергетических ресурсов при производстве чугуна за рубежом. Бюллетень института "Черметинформация" (ЦНИИЧМ) № 6(962), 1984, с. 25-44), передбачає утилізацію теплоти відхідних газів повітронагрівників відповідно до схеми (стор. 30), яка містить кожухотрубчатий рекуператор для підігріву (до 530°С) компонентів спалення: повітря та змішаного газу (доменного та природного) у двох секціях: повітряній та газовій, які включені паралельно, та омиваються сумішшю трьох димів: першого - що відходить від блоку повітронагрівників, другого - димурециркуляту після вказаного рекуператора, який подається ексгаустером, та третього свіжого диму - який поступає від пальника, до якого додатково подають холодне повітря від спеціального вентилятора. Ознаками, що співпадають з ознаками технічного рішення, що заявляється, є нагрів газу та повітря спалення, відвід відхідних газів в димову трубу, додатковий підігрів відхідних від повітронагрівників продуктів спалення за допомогою додаткового пальника (підтопки). Однак, даний спосіб не забезпечує регулювання температури димової суміші на вході у теплообмінники. Недоліками відомого способу також є: закладений способом дуже малий шлях для змішування диму від блоку повітронагрівників, рециркуляту та свіжого диму від згоряння доменного газу додаткового пальника, що призведе до великої нерівномірності температур у потоці димової суміші перед теплообмінником, і омиванні частин секції рекуператорів димом з неприпустимо великою температурою і передчасним виходом їх зі строю; Відомий також спосіб утилізації теплоти відхідних газів повітронагрівників (ПН) доменних печей (див. патент України № 70273А, МПК С21В 9/10, опубл. 15.09.2004 р. у бюл. № 9), який включає підвід газового палива та повітря до теплообмінників підігріву газового палива та повітря, встановлених на трубопроводах гарячих відхідних газів повітронагрівників, підвід гарячих відвідних газів повітронагрівників до теплообмінників, регулювання температури підігріву газового палива та відвід охолоджених відхідних газів після теплообмінників у димову трубу, який відрізняється тим, що температуру підігріву газового палива регулюють зміною витрачання відхідних газів через теплообмінник підігріву газового палива, при цьому частину відхідних газів відводять, обминаючи теплообмінники, в димову трубу, а при відключенні підігріву газового палива та повітря, всі відхідні гази подають у димову трубу. Суттєвими ознаками прототипу, що збігаються з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявля 41075 4 ється, є: підвід відпрацьованого після газового та повітряного теплообмінників диму у димову трубу, наявність дроселя на байпасі, паралельному теплообмінникам; теплообмінники для підігріву газу та повітря, які з'єднані паралельно між собою; наявність також газо- та повітропроводів, що підводять до газового теплообмінника - холодний газ, а до повітряного -холодне повітря. Недоліками прототипу є: - відсутність контролю температур точки роси промислових кислот відхідних газів після газового та повітряного теплообмінників та у димовій трубі вище місця зливання усіх відхідних газів, що не дозволяє здійснити організацію захисту стальної поверхні (трубчатки та огороджуючих конструкцій боровів та димової труби) від корозійного руйнування під впливом промислових кислот, які містяться у відхідних газах (сірчаної, азотної та ін.), якщо їх температура буде нижче точки роси вказаних кислот; - відсутність підмішування до відхідного диму повітронагрівників свіжих високотемпературних продуктів спалення та їх надійне змішування для одержання однорідної суміші; - відсутність контролю температури суміші димових газів: свіжих високотемпературних газів від підтопки та димових газів від блоку повітронагрівників на вході теплообмінників; відсутність ефективного змішувача свіжих високотемпературних димових газів з підтопки та диму від блоку повітронагрівників для одержання однорідної суміші димових газів з температурою 450-480°С на вході теплообмінників; У даному способі поставлена задача регулювання роботи пристрою так, щоб забезпечити: - температуру димових газів на виході з газового, повітряного теплообмінників та у димовій трубі після зливання усіх димових потоків на рівні 130-150°С із застосуванням датчиків точки роси кислот, щоб не допустити випадання промислових кислот, пари яких містяться у димових газах; - температуру 450-480°С на вході газового та повітряного теплообмінників, щоб одержати температуру підігріву газу 170°С, а повітря 380-390°С за рахунок регулювання витрати газу та повітря на пальник підтопки; - якісне змішування для одержання однорідної суміші продуктів спалення підтопки та відхідних газів блоку повітронагрівників з кінцевою температурою суміші перед теплообмінниками 450-480°С; - відключення підтопки, коли по технології ведення доменної плавки потрібно зменшити температуру гарячого дуття, що дозволяє знизити температуру під куполом повітронагрівників та температури підігріву газу та повітря спалення. Поставлена задача вирішується тим, що у способі експлуатації пристрою для утилізації теплоти відхідних газів повітронагрівників, який включає підвід відхідних газів від блоку повітронагрівників з встановленими на них теплообмінниками для підігріву компонентів спалення (доменного газу та повітря), підвід газового палива та повітря до теплообмінників, відвід відхідних відпрацьованих газів після теплообмінників у димову трубу, 5 41075 6 відвід підігрітих газу та повітря після теплообмінратурою 250-300°С поступають по димопроводу 9 ників, відповідно до винаходу, на відводах диму, вбік теплообмінників підігріву повітря спалення 1 що відходять від газового та повітряного теплообта газу 2. Відпрацьовані димові гази від теплообмінників, а також в димовій трубі після зливання мінників 1 та 2 відводяться по димопроводах 7, 23, всіх трьох димових потоків здійснюють контроль 24, 25 у димову трубу 26. точки роси промислових кислот. Ця інформація Доменний по газопроводу 19 поступає на вхід застосовується щоб керувати кількістю продуктів теплообмінника 2, де нагрівається до температури спалення через кожний теплообмінник за допомостійкості відсічного дроселя 27 на підводі доменгою дроселів на відводі диму після повітряного ного газу до пальника повітронагрівника 28. Кільтеплообмінника та на обводі диму (байпасі). кість диму, який йде на повітряний теплообмінник Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими 1 визначається за допомогою датчика точки роси ознаками і технічним результатом, який досягакислот 6, мікропроцесора 5, виконавчого механізється, полягає в наступному. Контроль температуму 4 та дросельного органу З, які підтримують тери точки роси промислових кислот потоків диму, мпературу відхідних газів у трубі 7 на рівні, більщо відходять від газового та повітряного теплообшому точки роси кислот на 10-20°С. Якщо мінників, а також в димовій трубі після зливання температура диму у трубі 7 буде вище температувсіх трьох димових потоків: від газового, повітряри точки роси більше, ніж на 20°С, то це знизить ного, та байпасного (навкруги обох теплообмінникоефіцієнт використання палива і підвищить виків), дозволяє керувати кількістю диму, що йде трату останнього, а якщо означена температура через кожний теплообмінник. Застосування ж конбуде нижче точки роси кислот на величину, меншу тролю температури диму перед входом диму у за 10°С, то нерівномірність температур по перетитеплообмінники застосовано для того, щоб змінюну трубчатки теплообмінника 1 може в його окреючи кількість доменного газу, спалюваного з коемих місцях давати кислотну корозію. фіцієнтом витрати повітря біля 1,1, у підтопці, кеТемпература диму на вході теплообмінників 1 рувати температурою димової суміші, яка та 2 контролюється датчиком 14, який пов'язаний поступає на вхід газового та повітряного теплообелектрично з виконавчим механізмом 15, регулюмінників та підтримувати її на рівні, який на 150ючим дроселем 16 на підводі доменного газу до 230°С вище, ніж температура диму на виході з підтопки 8. Підвищення кількості доменного газу на загального борову повітронагрівників. Це забезпепідводі доменного газу до підтопки 8 при зберечує стабілізацію температури під куполом повітроженні незмінного коефіцієнту витрати повітря на нагрівників на заданому рівні, а також більш повне його згоряння, підвищує кількість диму з темперавикористання теплоти у системі утилізації, не дотурою 1150-1200°С (в залежності від теплоти згопускаючи появлення кислотної корозії на металеряння доменного газу), який генерує підтопка, що вих елементах системи, крім того дозволяє підпризведе до підвищення температури диму на тримувати задану температуру під куполом вході у теплообмінники і навпаки - при зменшенні повітронагрівників. кількості доменного газу на підтопку 8. ТемператуСпосіб експлуатації пристрою для утилізації ра димової суміші від повітронагрівників 10,28 та теплоти відхідних газів повітронагрівників доменвід підтопки 8, як показали розрахунки, необхідно ної печі реалізується за допомогою пристрою, підтримувати на рівні 450-480°С. Вказаний діапасхематично представленого на фіг. 1. Пристрій зон температур контролюється датчиком темперадля утилізації теплоти димових газів, що відходять тури 14, що залежить від теплоти згоряння доменвід блоку повітронагрівників, складається з теплоного газу, яким опалюються повітронагрівників 10, обмінників для підігріву повітря горіння 1, та газу 2, 28,..., та необхідної температури під куполом повірегулюючого органу 3, зв'язаного через виконавтронагрівників (1350-1400°С), для чого температучий механізм 4 з процесором 5, який одержує імра повітря згоряння повинна складати, як показали пульс від датчика 6 температури точки роси кисрозрахунки горіння доменного газу, 350-380°С. лот. Датчик 6 встановлено на димопроводі 7 При цьому температура димової суміші на вході у димових газів, що відходять після теплообмінника теплообмінники повинна на 150-230°С перевищу1 підігріву повітря. Пристрій оснащено також підвати температуру диму, який відходить після всіх топкою 8, з'єднаною з димопроводом 9, що відвоповітронагрівників. Якщо різниця вказаних темпедить дим від блоку повітронагрівників 10, 28, ..., за ратур буде менше, ніж 150°С, то температура судопомогою димопровода 11 із змішувачем 12. На міші димів буде недостатньою для одержання під димопроводі 11 встановлено шиберний клапан 13. куполом температури 1350-1400°С, бо недостатПеред входом диму до теплообмінників повітря 1, німи будуть температури підігріву газу та повітря. газу 2 встановлено датчик температури 14, який Якщо ж вказана різниця буде більше, ніж 230°С, то електрично пов'язаний з виконавчим механізмом буде зайва витрата доменного газу на підтопку, 15 та дроселем 16 на підводі холодного доменного що призведе до перевищення необхідного рівня газу до підтопки 8. З'єднувальний димопровід 9 нагріву доменного газу та повітря. має шибер 18. Теплообмінник газу 2 має підводи Температура точки роси кислот диму, який 19 холодного газу та відвод 20 гарячого газу; тепвідходить від повітряного теплообмінника 1, замілообмінник 1 підігріву повітря спалення має підвіряється датчиком точки роси кислот 6, і темперадний повітропровод 21 та трубопровод 22 підігрітура диму після нього так, як і після газового тептого повітря. Вхід та вихід теплообмінників 1,2 лообмінника, не повинна перевищувати точку роси зв'язано байпасом 17 із дроселем 30. промислових кислот більше, як на 10-20°С. Якщо Спосіб реалізується наступним чином. Відхідні цей параметр буде вище, ніж 20°С, то відкривадимові гази від блоку повітронагрівників з темпеється дросель 30 на байпасі 17, який електрично 7 41075 8 сполучений із датчиком 6, щоб витримати вказану Температура диму під куполом підтопки контвище умову. Якщо ж температура диму буде на ролюється датчиком 37. Площі поверхонь нагріву 10°С нижче точки роси кислот, то у зв'язку з нерівтеплообмінників для підігріву газу та повітря спаномірністю температур по перетину теплообміннилення вибираються такими, щоб при виключеній з ка може проходити кислотна корозія його трубчатроботи підтопки температура під куполом повітроки. нагрівників блоку знижувалась не більше, ніж на Температура точки роси кислот у димовій тру40-60°С. Якщо температура під куполом повітробі 26 контролюється датчиком точки роси промиснагрівників буде знижуватись на величину, більшу, лових кислот 31. ніж 60°С, як показали розрахунки, то температура Для покращення змішування відхідних димогарячого дуття знизиться на 30 - 45 °С, що дасть вих газів повітронагрівників, що рухаються у димосуттєву перевитрату (до 1,13 %) скіпового коксу на проводі 9, зі свіжими димовими газами від підтопки доменну плавку. Якщо ж температура під куполом 8, пристрій обладнано змішувачем 12, в якому дим повітронагрівників знизиться після виключення від підтопки 8 вводиться у димопровід 9 декількопідтопки на величину, яка нижче 40°С, то це буде відповідати стану зниження температури під купома рукавами-соплами 11 під кутом a = 30-40° до лом повітронагрівників після переводу повітронарадіусів, проведених з прокольної вісі димопровогрівників з «дуття» на «нагрів», який зазвичай заду 9 під кутом 90° до вказаної вісі у центр отворів ймає 0,5 - 1 годин в періоді «нагріву» (початок вводу в нього сопел 11 від підтопки 8, причому всі вказаного періоду), а на останні 2 - 2,5 години пенапрямки вводу свіжого диму від підтопки 8 через ріоду «нагріву» необхідно зменшити коефіцієнт сопла 11 разом з названими радіусами лежать в витрати повітря (наприклад, з 1,1 до 1,05), скороодній площині, перпендикулярній вісі димопровода тити тривалість періодів «дуття» та «нагріву» та 9, як показано на перерізі а-а фіг. 1. інше. a буде менше 30°, як показали данЯкщо кут При цьому пальник підтопки виробляє димові ні моделювання на фізичній моделі, то якісного гази, у яких вміст СО не перевищує аналогічного змішування не буде, а якщо a буде більше 40°, то показника пальників повітронагрівників, для чого суттєво зростає газодинамічний опір зливання він являє зменшену копію пальника повітронагрівдимових потоків, знижуючи теплову потужність ників, і пальники повітронагрівників та підтопки повітронагрівників. працюють у паспортному режимі. Це робиться з Місце вводу свіжих димових газів від підтопки метою, щоб якість продуктів спалення після повіт8 у димопровід 9 відстоїть від вісі 32 загального ронагрівників не погіршилось після того, як до них борова 33 з еквівалентним внутрішнім діаметром будуть підмішані продукти спалення з підтопки, Д на відстані l = (2,5-3,5)Д. Якщо відстань l особливо, коли на повітронагрівників встановлені